Ved å bruke en balun med en resonansdipol
On februar 18, 2021 by adminJeg forbereder meg på å konstruere en resonant, midtmated, horisontal dipol. Jeg har sett folk bruke baluns ved matepunktet til antennen, og noen sverger til dem, men jeg har aldri fått et tilfredsstillende svar på hvorfor du vil bruke / trenger en balun. Alle resonansdipolantennene jeg har laget tidligere så ut til å fungere bra når de ble brukt med 50 Ω koaksial og ingen balun. Dette besto av å koble det ene benet av dipolen til senterlederen, og det andre benet til koaksialskjoldet.
Jeg vet at den normale impedansen til en sentermatet dipol ved resonans er omtrent 75 Ω, så jeg kan se at det vil være en impedansmatchende fordel med en balun.
Hvilke fordeler (og / eller ulemper) gir en balun i en resonant dipolantenne?
Kommentarer
- Jeg vil merke at fordi dette er en godt spørsmål, med gode svar, og jeg liker å lenke til det, at dette problemet gjelder omtrent hvilken som helst antenne, ikke bare dipoler. Dette inkluderer vertikaler og sløyfer.
Svar
Vel, det kanoniske svaret er at balun konverterer dipolen ( BAlanced) for å lokke (UNbalanced). Men hva betyr det ?
For at overføringslinjer (tvillingkabel eller koaksjon) ikke skal utstråle, må hver leder ha like og motsatte strømmer. Det er disse like og motsatte strømmene som avbryter hverandre som resulterer i null nettofelt unna overføringslinjen. Hvis strømmen ikke er lik og motsatt, vil de ikke avbrytes, og forskjellen resulterer i et eksternt elektromagnetisk felt, og overføringslinjen din stråler som en antenne.
Dette er vanligvis uønsket. Ved sending kan det bety høy RF i skuret, rot med høyttalere, digital elektronikk etc. Hvis det er festet til en retningsantenn, forårsaker det problemer med sending og mottak fordi det faktiske strålingsmønsteret er en kombinasjon av den tiltenkte antennen, og den utilsiktede antenne dannet av matelinjen, som sannsynligvis ikke er retningsbestemt i det hele tatt. Hvis du har modellert antennen din, antar modellen en matelinje som ikke stråler.
OK, du trenger like og motsatte strømmer i lokke for at den ikke skal utstråle. Hvis du fester den til en dipol, bør du få det. Det ser ganske symmetrisk ut, ikke sant?
Vel ja, dipolen er symmetrisk, men koaksjonen er ikke «t. Vanligvis er skjoldet festet til bakken et eller annet sted. Selv om det ikke er det, er geometrien til skjold og senterleder er ikke identiske, så skjoldet vil ha en annen impedans i forhold til dipolen enn senterlederen.
Uansett koaks, kan det hende at dipolen ikke er veldig symmetrisk uansett. Vurder ikke bare antennen, men alt i nærheten. Er det helt plan til bakken? Er den ene enden nærmere en metallrenne?
Resultatet av alle disse asymmetriene er at hver side av dipolen presenterer forskjellige impedanser til matepunktet. Ideelt sett vil antennen akseptere all kraften som senderen sender til den. De like og motsatte strømmene som sendes inn i koaksialet av senderen, går hver nedover motsatte ben av dipolen der EM-energien blir utstrålt. Men når dipolen ikke er balansert, kan strømmen som aksepteres av hvert ben i dipolen ikke være lik. Men all strømmen må gå et sted, så forskjellen i strøm mellom dipolbenene reflekteres nedover i koaksjonen, tilbake ved senderen. (Merk, dette skiller seg fra refleksjon fra impedansforskjeller som forårsaker høy SWR.) Denne strømmen har imidlertid ikke en lik og motsatt strøm på senterlederen, så den utstråler koaksialet, som en antenne. / p>
Hvis du bruker en dipol matet med koaks uten balun, skjer dette med deg, selv om du kanskje ikke merker det. Koaksialskjoldet stråler helt fint, og hvis signalet ditt fremdeles finner veien til den andre stasjonen og du ikke gir deg selv RF-brannsår, er det ikke noe problem. En god RF-bakke ved inngangsporten til skuret kan redusere RF-inngangen. Selv uten spesiell oppmerksomhet på jording, ved 100W, vil sannsynligvis ikke RF i skuret gjøre mer enn å få noen høyttalere til å surre, noe som kan betraktes som «normal».
Ved å legge til en balun, unngår du dette problemet. Ved å isolere matelinjen, vil du ikke få RF i skuret, og dipolen din vil oppføre seg som en dipol som er beskrevet i lærebøker. Din antennejustering og ytelse vil ikke bli endret av andre gjenstander nær koaksialet, fordi koaksialet ikke vant være en del av antennen. Hvis dipolen din er et godt sted for en antenne og koaksjonen din ikke er «, vil du ha en bedre antenne generelt.
Kommentarer
- Konsentrerer oss om coax og » ubalansert » overføringslinje forvirrer ting. Det virkelige problemet er vanlige modusstrømmer.Disse kan bæres like lett på åpen ledning » balansert » overføringslinje. Hvis du ser på ledningene for toroidal baluns, er de balanserte enheter, hele veien gjennom. Fordelen er å kvele de vanlige modusstrømmene.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Det ‘ er ganske enkelt å lage en dipol som ‘ s balansert nok med tvilling og ingen balun. Det krever litt forsiktighet. Det ‘ er ikke mulig å lage en dipol som ‘ til og med eksternt balanseres med en koaksematning, og at ‘ er situasjonen spørsmålet stilte om, og at ‘ er det folk faktisk gjør. Hvis du vil stille et nytt spørsmål om strømmer i vanlig modus, er du velkommen, men dette svaret er allerede over en side langt. Det kan ‘ t forklare alt .
Svar
En dipol er en bestemt maskin for å lage EM-felt. Tanken er å sette opp en spenning mellom de to halvdelene av dipolen på en slik måte at et EM-felt skapes og effektivt utstråles.
Husk, spenning er en forskjell mellom to ting. Når vi bare betrakter en dipol, uten matelinje eller noe annet rundt seg, er det veldig enkelt å se at dipolen er symmetrisk. Strømmene i det ene benet skaper spenninger mot det andre beinet, fordi det ikke er noe annet.
Hvis vi mater dipolen med twin-lead , er det fortsatt lett å se hvordan dipolen kan være symmetrisk. Hvert ben fungerer nå mot matelinjen, men siden begge ledningene til matelinjen er veldig nær hverandre, blir de påvirket likt av hva antennen gjør, og det er ingen nettoeffekt. Selvfølgelig, alt annet (jorden, trær, takrenner, tårn , etc) rundt antennen vil også trenge å være symmetrisk, og dette er urealistisk.
Hvis vi mater dipolen med coax , blir situasjonen er veldig annerledes. Skjoldet avskjærer alle EM-felt, og effektivt skjuler senterlederen fra eksterne felt. Du har ikke et symmetrisk arrangement lenger: det ene benet av dipolen er koblet til til skjoldet, så virkelig, det er en L-form. Faktisk er skjoldet like mye del av antennen som dipolen den er ment å mate.
fra en utmerket artikkel på antenna-theory.com
Så vurder nå hva skjer med strømmen som beveger seg nedover koaksialet. Signalet fra senderen består av $ I_A $ og en lik og motsatt $ I_B $. $ I_A $ må strømme nedover et ben av dipolen, fordi den ikke har noe annet å gå. på matepunktet har $ I_B $ to alternativer: den kan strømme nedover det festede benet av dipolen, eller den kan reflektere tilbake ned i koaksjeskjoldet.
Dermed vil $ I_B $ dele seg, med noen av det ($ I_C $) returnerer på koaksialet, og forskjellen ($ I_B-I_C $) som går nedover dipolen, som beregnet. Graden av splittelse vil bli bestemt av de relative impedansene til disse to alternativene.
Dette er ikke ofte et problem, fordi koaksialskjoldet gir like fin antenne som dipolen. Det forvrenger strålingsmønsteret forferdelig, men siden en dipol ikke var en retningsantenn for å begynne, betyr det neppe noe. Det kan bety at du får mye RF i skuret, men hvis du sender med 100W, vil det neppe forårsake noe alvorlige problemer.
Det er imidlertid noen mer subtile problemer: hvis du overfører RF i shacken, mottar du også RF fra shacken ( gjensidighet ). Det kan hende at du kan få antennen din langt borte fra strømlinjene, bytte strømforsyning, datamaskiner og andre støykilder i sjakten, men hvis matelinjen din faktisk er en del av antennen, mottar du alt denne støyen uansett.
Ved å bruke en balun tvinger du på en eller annen måte strømmen på hvert ben av dipolen til å være lik, slik at ingen strøm returnerer på koaksialet, slik at koaksialet ikke stråler og virker som en del av antennen. Det er mange design, men en av de vanligste og mest effektive er en enkel c ommon mode choke , også kjent som en 1: 1 nåværende balun. Denne smarte enheten har den effekten at den setter inn en stor impedans mellom matepunktet og utsiden av skjoldet ($ I_B $ og $ I_C $ i bildet ovenfor), noe som gjør det relativt mer attraktivt for strømmen å gå ned dipolen:
fra Wikipedia
Merk at misforholdet mellom 50Ω koaksial til en 75Ω antenne ikke er relevant for noe av dette.Hvis matelinjen og antennen din ikke stemmer overens, vil du få noen kraftrefleksjoner, men disse refleksjonene vil være inni matelinjen, og ikke føre til at matelinjen blir en del av antennen. Det er balun-design som også utfører impedanstransformasjon, men dette er ikke funksjonen betegnet med balun . På en praktisk måte er 75Ω en god nok samsvar med 50Ω, og typiske matetapstap ved HF lave nok til at de fleste forsøk på impedansmatching i denne situasjonen etter min mening er unødvendige, og sannsynligvis kaster bort mer energi gjennom ineffektivitet enn de får i å oppnå en bedre samsvar.
Kommentarer
- Dette er misvisende, fordi det antar en ideell dipol og fordi det antyder at balansert overføringslinje tvinger balanse i en antenne . Sistnevnte er bare feil, og førstnevnte er falsk for nesten alle ekte antenner. En antenne balanseres når impedansene til de to elementene er like. Periode. Omgivelsene til en antenne gjør dem nesten alltid ulik og gjør dermed antennen ubalansert. Du kan trimme elementene for å gjøre dem mer likeverdige, men da ville det regne eller en fugl ville lande i den ene enden. Det er derfor vi bruker baluns.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Du er ikke ‘ ikke feil … det jeg mente å si er at det med en balansert mater ‘ er i det minste mulig i teorien å lage en balansert dipol, mens du med en koaksimater er garantert å ha veldig dårlig balanse. Kan du fortelle meg hva som kan forbedres spesifikt i svaret?
- Artikkelen på antenna-theory.com ser ut til å være riktig, men den er veldig forvirrende. Det, og dette svaret, innebærer at coax er » ubalansert «. Det begrepet gir mening i lyd, men ikke i RF. Coax er balansert. Men … det er et tre-leder system. Det er balanserte strømmer på utsiden av den indre lederen og innsiden av den ytre lederen. Fysikk sørger for dette. Vanlige modusstrømmer strømmer på utsiden av den ytre lederen. Baluns reduserer vanlige modusstrømmer fra ubalanserte antenner, men andre kilder kan indusere strømmer på utsiden av skjoldet.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Jeg tror du samler en ubalansert linje , som betyr ulik impedans til bakken, med ubalanserte strømmer, som betyr vanlige modusstrømmer.
- Du sier Ia må gå inn i dipolen, mens noen av Ib kan reflektere tilbake i stedet. Hvorfor kan ‘ t Ia reflektere også?
Svar
Et annet svar nevner papiret fra K9YC, Jim Brown. Dette er den beste referansen på baluns i amatørradio. Se: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Kapittel 6 handler om baluns og antenner. Han sier: «Den viktigste funksjonen til de fleste baluner, i det minste i våre skinke-stasjoner, er å minimere samspillet mellom antennene våre og overføringslinjene som kobler dem til radioene våre.»
Interaksjonene vi minimerer er to, «RF in the shack» og støy i vanlig modus.
Ekte antenner er ubalanserte av omgivelsene: trær, bygninger, bakkeledningsevne og så videre. Dette forårsaker ulike impedanser som presenteres for de to terminalene på overføringslinjen og problemer med RF som går andre steder. Enhver ubalanse blir til en vanlig modus spenning på begge ledere på overføringslinjen. Dette kan utstråle og forårsake problemer med overført RF i radioene dine og i andre elektroniske enheter i hjemmet ditt og naboene dine. «
Vanlige modus-signaler kan også mottas. Nesten alle nærliggende støykilder blir plukket opp like av de to elementene (og overføringslinjen) og dukker opp på radioen oppsummert med ønsket signal.
En nåværende balun (den eneste typen du vil ha) vil presentere en høy impedans til vanlige modus-signaler og en lav impedans til differensialsignaler. Hvis de to er 5000Ω og 50Ω, er det en 100X dempning av common mode-signalene.
Jeg har en dipol på omtrent 30 «, trukket mellom to trær og over vårt hus. Huset har en stålbjelke like utenfor sentrum under dipolen. Dette er åpenbart ubalansert, selv om elementene (separate for 40m og 20m) er like lange. Å legge til en balun sank den mottatte støyen med omtrent 6 dB.
Ulemper med en balun? Kostnad og demping. Min balun (fra Balun Designs) koster $ 55, et betydelig tillegg til kostnaden for en ledningsantenne. En godt designet toroidal balun vil ha et innføringstap på 0,1 db (se http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). En balun laget av coiled coax kan ha betydelig demping på grunn av mengden coax.
Jeg anbefaler på det sterkeste å lese kapittel 6 i K9YCs papir.
Svar
En såkalt «current balun» består av en haug med ferrittkjerner med den koaksiale matelinjen som går gjennom deres sentre. Dette reduserer RF-strømstrømmen på utsiden av skjoldet sterkt. , som igjen reduserer RF-tap.Det påvirker ikke impedansmatchen, men det er mindre.
Kommentarer
- Du kan bygge en nåværende balun / choke med mye ferrittkjerner på koaksialet (som du beskriver), eller med en koaksialkobling, eller med en toroidetransformator.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – ja takk. Den jeg gjorde bruker ferritkjerner.
Svar
Phil gjorde en god jobb med å forklare hva som går med strømmen på jobben.
Når det gjelder hvorfor du trenger å ta vare på, ruller, som du bemerker i spørsmålet, matepunktimpedensen er 75Ω, og du mater den med 50Ω koaks. Hvis strømmen ikke er perfekt balansert, vil noe av den RF se den matelinjen som en lavere impedensbane og bruke den.
Vil den fremdeles fungere? Jepp, ikke noe problem. Matestrålestråling vil påvirke antennens mønster, men la oss være ærlige her, en dipol som uansett ikke er retningsbestemt, så du vil nesten helt sikkert ikke legge merke til det.
RF som kommer tilbake kan eller ikke betyr noe . Det avhenger av effektnivået du bruker og frekvensen. Hvis du kjører QRP på 80 meter, er det ikke noe problem. Hvis du svever 1500w, nesten på hvilken som helst frekvens, har du nå et problem.
Løsningen er å legge til impedens på utsiden av koaksialen tilstrekkelig for å overbevise RF om å bli i antennen. Hvordan impedens avhenger av hvem du spør? Jeg har sett referanser oppgi så lite som 500Ω for å være tilstrekkelig (ARRL Handbook), andre sier 1000Ω (W1HIS) og har lest et langt og overbevisende papir som sier at målet skal være 5000Ω (K9YC).
Merk at impedensen som presenteres av ferrittkjerner varierer med frekvens (og temperatur). de to hovedvariablene ved valg av ferritt er formfaktor og «blanding» (hva de er laget av). Du må velge de som er målrettet mot driftsområdet ditt (vanligvis bland 43 eller 31) og store nok til å håndtere strømmen uten å varme opp for mye. All ferrit har en magisk temperatur når den er krysset, impedensen faller til ingenting, men motstanden går opp og resulterer i en termisk røm som smelter koaksialet ditt.
Kommentarer
- Jeg tror dette er veldig galt. En impedansforskjell vil føre til at strøm reflekteres ved feilparingen (i dette tilfellet matepunktet), men dette er ikke relatert til strømmer i vanlig modus. En perfekt balansert antenne som ikke samsvarer, vil fortsatt ha reflektert kraft, og en perfekt matchet antenne kan ha vanlig modusstrøm.
Svar
Alle gode svar. De fleste rfi er forårsaket av sterkt feil samsvar med antenner utsatt for høy effekt. Jeg er enig i at en 1 til 1 balun vil hjelpe i visse dipolinstallasjoner nær bakken eller når koaksialmatelinje er konfigurert i et ikke-symetrisk oppsett når du forlater antennen. En 1 til 1 balun påvirker ikke tilpasningen, 75 til 50 ohm eller hva som helst, ikke hva den er designet for.
Jeg bruker ikke en balun på noen av mine forskjellige trådbjelker og vil seriøst vurdere sentrumsvekt lagt til av en balun og kostnaden mot de fleste ikke-problemer på enkle dipoler ved 1 / 4wl og høyere, vil vise at tilsetning av en nåværende balun ikke er nødvendig.
Svar
For SWL-mottak har jeg aldri brukt balun. Det kan faktisk redusere uønsket RF, men selv tilfeldige svinger av koaksial kan gi nok positive resultater på mottaksbruk. For overføring er det åpenbart et helt annet scenario, og jeg bruker alltid 1: 1 baluner på halvbølgedipoler og Yagis.
Legg igjen en kommentar